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類比是一種重要的科學思想方法。在物理學史上,法拉第通過類比不可壓縮流體中的流速線提出用電場線來描述電場。
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(1)靜電場的分布可以用電場線來形象描述,已知靜電力常量為k。
①真空中有一電荷量為Q的正點電荷,其周圍電場的電場線分布如圖1所示。距離點電荷r處有一點P,請根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義,推導(dǎo)出P點場強大小E的表達式;
②如圖1所示,若在A、B兩點放置的是電荷量分別為+q1和-q2的點電荷,已知A、B間的距離為2a,C為A、B連線的中點,求C點的電場強度的大小EC的表達式,并根據(jù)電場線的分布情況比較q1和q2的大小關(guān)系。
(2)有一足夠大的靜止水域,在水面下足夠深的地方放置一大小可以忽略的球形噴頭,其向各方向均勻噴射水流。穩(wěn)定后水在空間各處流動速度大小和方向是不同的,為了形象地描述空間中水的速度的分布,可引入水的“流速線”。水不可壓縮,該情景下水的“流速線”的形狀與圖2中的電場線相似,箭頭方向為速度方向,“流速線”分布的疏密反映水流速的大小。
①已知噴頭單位時間噴出水的體積為Q1,寫出噴頭單獨存在時,距離噴頭為r處水流速大小v1的表達式;
②如圖3所示,水面下的A點有一大小可以忽略的球形噴頭,當噴頭單獨存在時可以向空間各方向均勻噴水,單位時間噴出水的體積為Q1;水面下的B點有一大小可以忽略的球形吸收器,當吸收器單獨存在時可以均勻吸收空間各方向的水,單位時間吸收水的體積為Q2。同時開啟噴頭和吸收器,水的“流速線”的形狀與圖2中電場線相似。若A、B間的距離為2a,C為A、B連線的中點。噴頭和吸收器對水的作用是獨立的,空間水的流速和電場的場強一樣都為矢量,遵循矢量疊加原理,類比圖2中C處電場強度的計算方法,求圖3中C點處水流速大小v2的表達式。

【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:332引用:3難度:0.6
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